地面高精度磁測在探測煤礦火燒區(qū)的應(yīng)用

殷保全

（新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局地球物理探礦隊(duì) 烏魯木齊 830011）

新疆境內(nèi)煤炭資源豐富，但受新疆特殊的地理?xiàng)l件和構(gòu)造條件的影響，煤層在一定程度上存在自燃現(xiàn)象，有的一直在燃燒，形成較大范圍的火燒區(qū)。探明礦區(qū)煤層自燃后的火燒狀況，對于礦井儲量損失計(jì)算、采礦設(shè)計(jì)和安全生產(chǎn)都具有十分重要的意義。準(zhǔn)南煤田多個礦山就存在較大規(guī)?；馃那闆r，在新的大型煤礦建立時，就有必要查明火燒區(qū)的范圍。

1 煤層火燒原理

煤系地層中煤層自燃后，在地球磁場的長期作用下，當(dāng)鐵磁性物質(zhì)超過居里點(diǎn)溫度時，燒變巖具有較強(qiáng)磁性，在燃燒過的煤層上方有強(qiáng)磁異常；在降溫的過程中，燃燒后的煤層產(chǎn)生熱剩磁。煤層露頭自燃發(fā)火經(jīng)歷為：低溫氧化→自熱→著火與遍燃→燃燒→降溫熄火。熄滅帶磁異常最強(qiáng)；從熄滅帶到燃燒帶磁異常逐漸減弱；在涌出帶和水蒸發(fā)帶上觀測不到磁異常。利用這個差異，用磁法探測煤田火燒區(qū)，能夠取得較好的效果。

表1 工作區(qū)巖礦石磁性統(tǒng)計(jì)表

2 礦區(qū)地球物理特征

煤層賦存于侏羅系中統(tǒng)西山窯組地層中，巖性主要為一套從河流相過渡到三角洲相的沉積巖，由灰色、灰黃色、灰褐色、深灰色、灰綠色厚層狀-塊狀的礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤層組成。燒變巖為黑色、褐紅色、紫紅色、褐紅色碎裂狀巖石。

巖礦石磁性參數(shù)測量結(jié)果顯示，巖礦石分為中高磁性、中低磁性，弱磁性及無磁性三大類，具有較為明顯的磁性差異（見表1）。（1）區(qū)內(nèi)磁性最強(qiáng)的為燒變巖，磁化率k遠(yuǎn)高于區(qū)內(nèi)其它正常沉積的巖礦石。燒變巖是區(qū)內(nèi)其上下層表層輕微燒變巖的5～15倍，是其它正常沉積巖的50倍以上。燒變程度越強(qiáng)，燒變巖磁化率越高。（2）燒變巖與粗砂巖、砂巖、泥巖等呈互層出現(xiàn)，但其厚度均較小，一般5厘米至30厘米不等，層位連續(xù)，顯示為具有一定規(guī)模的面狀高磁異常區(qū)，正、負(fù)異常伴生。

在遠(yuǎn)離燒變砂巖的正常沉積地層及塊煤，一般為弱磁性或無磁性巖石，顯示為分布廣泛的面狀背景場。綜上所述，勘查區(qū)燒變巖、非燒變巖的磁化率具有明顯的物性差異（烘烤除外），具備必要的磁測工作前提。

圖1 J2-J2＇剖面地質(zhì)及磁測△T異常剖面圖1.第四系全新統(tǒng)洪沖積層2.中侏羅統(tǒng)西山窯組中含煤段3.中侏羅統(tǒng)西山窯組下含煤段4.中侏羅統(tǒng)西山窯組底部砂礫巖段5.煤層及編號、煤層厚度(夾矸厚)6.地質(zhì)界線7.推測地質(zhì)界線8.推測煤層9.地層產(chǎn)狀、傾向、傾角10.完工鉆孔位置及編號11.火燒范圍

3 磁法勘探

首先利用磁法勘探，按照50米×20米網(wǎng)度進(jìn)行面積性觀測，圈出中高磁異常范圍。結(jié)合地質(zhì)特征及井下火燒情況劃分了火燒區(qū)范圍，利用向上延拓處理計(jì)算中高磁異常，粗略推測出火燒區(qū)延深厚度。

（1）煤礦區(qū)J2剖面正演計(jì)算

在已知地質(zhì)情況的剖面，布設(shè)磁法精測剖面J2線（見圖1）。結(jié)合鉆孔資料認(rèn)為井田內(nèi)B2～B9煤層火燒程度較高，自地表淺部已燃燒至中部163米（標(biāo)高1464米），特別是B7、B8、B9煤層均已燃燒至中深部100米以下，沿剖面方向延伸達(dá)300米，并形成連片火燒區(qū)。

圖2 255線△T異常反演計(jì)算剖面

160～560點(diǎn)中高磁異常規(guī)模大，強(qiáng)度較高，與B2～B11煤層火燒范圍大、延深大對應(yīng)較好，磁異常反應(yīng)火燒深度在180米左右。西側(cè)（0～140點(diǎn)）的正磁異常區(qū)與B9～B11煤層中淺部的火燒區(qū)吻合，反映燒變巖深度最大達(dá)到200米左右。整體上看，中部高磁異常曲線寬大平緩，東西兩側(cè)梯度變化基本相近，較弱的負(fù)磁異常主要位于正異常的東側(cè)，這個特征與多層平行的有限延深近似水平薄板狀體產(chǎn)生的磁特征一致，建立的模型符合火燒區(qū)地質(zhì)特征，為區(qū)內(nèi)異常解釋提供了依據(jù)。

（2）煤礦區(qū)255線精測剖面反演計(jì)算

磁測工作發(fā)現(xiàn)本區(qū)火燒較復(fù)雜，由單層煤燃燒到多層煤燃燒，△T曲線可以清晰反映這一燃燒變化情況。由于煤(巖)層是向北傾的背斜構(gòu)造，資料解釋按有限延深、緩傾斜的多層薄板狀體進(jìn)行處理、解釋。

①255線剖面北段850號點(diǎn)以北已到達(dá)正常背景場（見圖2），曲線變化較緩，由未燒變或遠(yuǎn)離火燒區(qū)的正常沉積砂巖地層及煤層引起，煤層未火燒。

②依據(jù)煤層分布特征，剖面中部出現(xiàn)寬度較大的高磁異常（400～800點(diǎn)）主要由B19、B18、B17、B16、B15煤層火燒引起，地表以下火燒延深達(dá)330米，水平寬度約450米。從曲線和地磁場方向考慮地下磁性體北傾，傾角在15～30°之間。

③在400點(diǎn)以南△T異常屬正負(fù)磁異常劇烈變化區(qū)域，主要由表層燒變程度不同的燒變巖或受到高溫烘烤的砂巖地層引起，即B13、B14煤層地表火燒受烘烤的外圍地層。

4 工程驗(yàn)證結(jié)果

ZKJ201鉆孔控制B9煤層火燒垂深62米，火燒底界水平標(biāo)高1529米；B8煤層火燒垂深96米，火燒底界水平標(biāo)高1494米；B7煤層火燒垂深120米，火燒底界水平標(biāo)高1470米。結(jié)合區(qū)內(nèi)出露燒變程度較高的砂巖與磁異常的對應(yīng)關(guān)系，本次工作發(fā)現(xiàn)的中高磁異常帶，均由火燒區(qū)地層引起，利用正演擬合中高磁異常反演解釋推斷出火燒區(qū)的邊界，與鉆孔驗(yàn)證基本一致。

5 結(jié)束語

中高磁異常與火燒區(qū)有著明顯的對應(yīng)關(guān)系，因此利用中高磁異常確定勘查區(qū)內(nèi)火燒區(qū)和煤層非火燒區(qū)的分布界線，大致確定煤層火燒延深及分布范圍等是非常有效的。結(jié)合區(qū)內(nèi)典型地質(zhì)剖面及物性參數(shù)建立火燒區(qū)模型，從而可以比較準(zhǔn)確的解釋推斷其它同類異常，在精測剖面上運(yùn)用特征點(diǎn)法、向上延拓法在定量計(jì)算及解釋火燒區(qū)邊界、延深時比較準(zhǔn)確。通過反演計(jì)算出火燒區(qū)的空間形態(tài)，取得了良好的勘察效果，為礦山災(zāi)害治理提供設(shè)計(jì)依據(jù)。